2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第3章第3節(jié)金屬晶體教案新人教版選修3

PAGE6-第三節(jié)金屬晶體目標(biāo)與素養(yǎng)：1.了解金屬鍵的含義，能用“電子氣理論”說明金屬的一些物理性質(zhì)。(宏觀辨識與微觀探析)2.了解金屬晶體的4種積累模型。(證據(jù)推理與模型認(rèn)知)3.了解混合晶體石墨的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。(宏觀辨識與微觀探析)一、金屬鍵與金屬晶體的性質(zhì)1．金屬鍵(1)概念：金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被全部原子所共用，從而把全部的金屬原子維系在一起。(2)成鍵粒子是金屬陽離子和自由電子。(3)金屬鍵的強(qiáng)弱和對金屬性質(zhì)的影響①金屬鍵的強(qiáng)弱主要確定于金屬元素的原子半徑和價電子數(shù)。原子半徑越大、價電子數(shù)越少，金屬鍵越弱；反之，金屬鍵越強(qiáng)。②金屬鍵越強(qiáng)，金屬的熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。2．金屬晶體的性質(zhì)(1)在金屬晶體中，原子間以金屬鍵相結(jié)合。(2)金屬晶體的性質(zhì)：優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性。(3)用電子氣理論說明金屬的性質(zhì)微點(diǎn)撥：①溫度越高，金屬的導(dǎo)電實(shí)力越弱。②合金的熔、沸點(diǎn)比其各成分金屬的熔、沸點(diǎn)低。二、金屬晶體的原子積累模型1．二維平面放置金屬原子在二維平面里放置得到兩種方式，配位數(shù)分別為4和6，可分別稱為非密置層和密置層。2．三維空間模型(1)簡潔立方積累：按非密置層(填“密置層”或“非密置層”)方式積累而成，相鄰非密置層原子的原子核在同始終線上的積累，如圖。(2)體心立方積累：按非密置層(填“密置層”或“非密置層”)方式積累而成。將上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中，并使非密置層的原子稍稍分別，每層均照此積累，如圖。(3)六方最密積累和面心立方最密積累：六方最密積累和面心立方最密積累是依據(jù)密置層(填“密置層”或“非密置層”)的積累方式積累而成，配位數(shù)均為12，空間利用率均為74%。六方最密積累面心立方最密積累按ABABABAB……的方式積累按ABCABCABC……的方式積累三、混合晶體——石墨晶體1．結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——層狀結(jié)構(gòu)(1)同層內(nèi)，碳原子接受sp2雜化，以共價鍵相結(jié)合形成平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu)。全部碳原子p軌道平行且相互重疊，p軌道中的電子可在整個碳原子平面中運(yùn)動。(2)層與層之間以范德華力相結(jié)合。2．晶體類型：石墨晶體中，既有共價鍵，又有金屬鍵和范德華力，屬于混合晶體。1．推斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)常溫下，金屬單質(zhì)都以金屬晶體的形式存在()(2)金屬陽離子與自由電子之間的劇烈作用，在肯定外力作用下，不因形變而消逝()(3)簡潔立方積累的原子配位數(shù)為8()(4)金屬晶體的構(gòu)成粒子為金屬原子()[答案](1)×(2)√(3)×(4)×2．金屬鍵的實(shí)質(zhì)是()A．自由電子與金屬陽離子之間的相互作用B．金屬原子與金屬原子間的相互作用C．金屬陽離子與陰離子的吸引力D．自由電子與金屬原子之間的相互作用[答案]A3．金屬晶體熔、沸點(diǎn)的凹凸和硬度大小一般取決于金屬鍵的強(qiáng)弱，而金屬鍵與金屬陽離子所帶電荷的多少及半徑大小有關(guān)。由此推斷下列說法正確的是()A．金屬鎂的熔點(diǎn)大于金屬鋁B．堿金屬單質(zhì)的熔、沸點(diǎn)從Li到Cs是漸漸增大的C．金屬鋁的硬度大于金屬鈉D．金屬鎂的硬度小于金屬鈣[答案]C金屬晶體的四種積累模型1.四種積累模型比較積累模型接受這種積累的典型代表空間利用率配位數(shù)晶胞簡潔立方積累Po(釙)52%6體心立方積累(bcp)Na、K、Fe68%8六方最密積累(hcp)Mg、Zn、Ti74%12面心立方最密積累(ccp)Cu、Ag、Au74%122.金屬晶體中空間利用率的一般計算(a為晶胞邊長，r為原子半徑)(1)簡潔立方積累：空間利用率＝eq\f(\f(4,3)πr3,a3)×100%(a＝2r)。(2)體心立方積累：空間利用率＝eq\f(\f(4,3)πr3×2,a3)×100%(eq\r(3)a＝4r)。(3)面心立方積累：空間利用率＝eq\f(\f(4,3)πr3×4,a3)×100%(eq\r(2)a＝4r)。1．下列關(guān)于金屬晶體的原子積累模型的說法不正確的是()A．金屬原子在二維平面里放置有非密置層和密置層兩種方式，配位數(shù)分別是4和6B．金屬原子在三維空間里有4種積累方式，其中簡潔立方積累方式被大多數(shù)金屬所實(shí)行C．金屬原子在三維空間里非密置層積累有兩種方式：簡潔立方積累和體心立方積累D．金屬原子在三維空間里密置層積累有兩種方式：六方最密積累和面心立方最密積累，六方最密積累按ABABABAB……的方式積累，面心立方最密積累按ABCABCABC……的方式積累B[簡潔立方積累方式的空間利用率太低，只有金屬釙(Po)實(shí)行這種方式，B項錯誤；A、C、D項均正確。]2．有四種不同積累方式的金屬晶體的晶胞如圖所示，下列有關(guān)說法正確的是()A．①為簡潔立方積累，②為六方最密積累，③為體心立方積累，④為面心立方最密積累B．每個晶胞含有的原子數(shù)分別為①1，②2，③2，④4C．晶胞中原子的配位數(shù)分別為①6，②8，③8，④12D．空間利用率的大小關(guān)系為①<②<③<④B[②為體心立方積累，③為六方最密積累，②與③推斷有誤，A項錯誤；每個晶胞含有的原子數(shù)分別為①8×eq\f(1,8)＝1，②8×eq\f(1,8)＋1＝2，③8×eq\f(1,8)＋1＝2，④8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，B項正確；晶胞③中原子的配位數(shù)應(yīng)為12，其他推斷正確，C項錯誤；四種晶體的空間利用率分別為52%、68%、74%、74%，應(yīng)為④＝③＞②＞①，D項錯誤。]3．金屬鈉晶體為體心立方晶胞()，晶胞的邊長為a。假定金屬鈉原子為等徑的剛性球，且晶胞中處于體對角線上的三個球相切。則鈉原子的半徑r為()A.eq\f(a,2)B.eq\f(\r(3)a,4)C.eq\f(\r(3)a,2) D．2aB[假如沿著某一面的對角線對晶胞作橫切面，可得如圖所示的結(jié)構(gòu)，其中AB為晶胞的邊長，BC為晶胞的面對角線，AC為晶胞的體對角線。依據(jù)立方體的特點(diǎn)可知：BC＝eq\r(2)a，結(jié)合AB2＋BC2＝AC2得：r＝eq\f(\r(3)a,4)。]1．下列有關(guān)金屬鍵的敘述中，錯誤的是()A．金屬鍵沒有飽和性和方向性B．金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的劇烈的靜電吸引作用C．金屬鍵中的電子屬于整塊金屬D．金屬的性質(zhì)和金屬固體的形成都與金屬鍵有關(guān)B[金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被全部原子所共用，從而把全部的金屬原子維系在一起，故金屬鍵無飽和性和方向性；金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間的劇烈作用，既包括金屬陽離子與自由電子之間的靜電吸引作用，也存在金屬陽離子之間及自由電子之間的靜電排斥作用；金屬鍵中的電子屬于整塊金屬；金屬的性質(zhì)及固體的形成都與金屬鍵的強(qiáng)弱有關(guān)。]2．在金屬晶體中，依據(jù)影響金屬鍵的因素推斷下列各組金屬熔沸點(diǎn)凹凸依次，其中正確的是()A．Mg＞Al＞CaB．Al＞Na＞MgC．Al＞Mg＞CaD．Mg＞Ba＞AlC[構(gòu)成金屬晶體的金屬鍵越強(qiáng)，金屬晶體的熔沸點(diǎn)越高。金屬鍵強(qiáng)弱與金屬陽離子半徑和所帶電荷有關(guān)系，離子半徑越小，電荷數(shù)越多，金屬鍵越強(qiáng)，熔沸點(diǎn)越高。則A項應(yīng)當(dāng)是Al>Mg>Ca，錯誤，C正確；B項應(yīng)當(dāng)是Al>Mg>Na，錯誤；D項應(yīng)當(dāng)是Al>Mg>Ba，錯誤。]3．金剛石、石墨、C60和石墨烯的結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖所示，下列說法不正確的是()A．金剛石和石墨烯中碳原子的雜化方式不同B．金剛石、石墨、C60和石墨烯的關(guān)系：互為同素異形體C．這四種物質(zhì)完全燃燒后的產(chǎn)物都是CO2D．石墨與C60的晶體類型相同D[金剛石中碳原子為sp3雜化，石墨烯中碳原子為sp2雜化，A項正確；金剛石、石墨、C60和石墨烯都是碳元素形成的不同單質(zhì)，它們互為同素異形體，B項正確；碳元素的同素異形體完全燃燒的產(chǎn)物都是CO2，C項正確；C60是分子晶體，石墨是混合晶體，D項錯誤。]4．(1)圖甲為二維平面晶體示意圖，所表示的化學(xué)式為AX3的是________。甲(2)圖乙為一個金屬銅的晶胞，請完成以下各題。乙①該晶胞稱為________(填序號)。A．六方晶胞B．體心立方晶胞C．面心立方晶胞②此晶胞立方體的邊長為acm，Cu的相對原子質(zhì)量為64，金屬銅的密度為ρg·cm－3，則阿伏加德羅常數(shù)為________(用a、ρ表示)。③金屬銅的空間利用率為________(寫出計算式和結(jié)果)。[解析](1)由圖甲中干脆相鄰的原子數(shù)可以求得a、b中兩類原子數(shù)之比分別為1∶2、1∶3，求出化學(xué)式分別為AX2、AX3，故答案為b。(2)①面心立方晶胞；②64·eq\f(4,NA)＝ρ·a3，NA＝eq\f(256,ρ·a3)。③空間利用率＝